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发表于 2011-4-29 10:27:16
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应用背景： 绿色家电是当今家电产业的发展趋势之一。所谓绿色家电是指家电的生产和消费能够降低对生态环境的破坏，减少资源浪费。白炽灯由于具有耗电量大，耐久性低，使用寿命短等缺点，已经不符合这种家电的发展趋势。Philips公司开发的小型荧光灯（CFL：Compact Fluorescent Lamp）是白炽灯良好的替代产品。它具有省电，使用寿命长，易回收再利用和环保的优点。 7 I v) M; s# H+ U# h9 r$ H
- x) ?/ `/ Q$ y' [) r; h* i
& r; R% \9 i2 J9 \' d& d/ z# J
, ?/ x& C4 o0 x) e0 s8 f) c5 r z有何经济效益和社会效益：光灯具有省电，节能的优点，有很高的经济效益和社会效益。1997年的一份调查显示：1994年全年共销售了20亿只Philips小型荧光灯，并且以每年15-20%的速率稳步增长。这些荧光灯至少10倍寿命于相同功能的白炽灯。也就是说，相当于200亿只白炽灯。而且，一只18W的Philips小型荧光灯相当于75W的白炽灯，节省了3/4强的电能。可以算出，一只荧光灯可以节约约200升用于发电的石油。
! j6 F4 O q3 X % l: I* O7 T4 |! d
问题描述：荧光灯的发光原理是，荧光灯管里充满了水银蒸气，灯管内壁涂有荧光剂，水银蒸气受高压电激发使电子跳脱出来，部分电子撞击荧光剂后发出白光。长期使用的情况下，荧光灯往往亮度变弱。这是由于真空玻璃管吸收水银蒸气，造成管中的水银蒸气不断减少。这不仅削弱了荧光灯的亮度，而且缩短了荧光灯的寿命。由此可见，如果管内水银蒸气量过少，会降低荧光灯工作的可靠性，使产品在市场上缺乏竞争力。由于对真空玻璃管的水银吸收率缺乏真实的统计数据，以及不精确的制造技术，传统的荧光灯往往填充过量的水银蒸气，造成了物质上的浪费。如果荧光灯管破损，大量的水银蒸气释放出来，对环境和人体的损害是非常大的。但是，降低管内的水银蒸气量会增加电能的耗费。因为为了保证亮度，需要增加能量以激发出更多的电子。
; b. g& u B) ^. i# }+ r) [' O0 w, E: B9 O1 t
系统存在的技术矛盾有：为了保证荧光灯亮度的稳定性，就不得不增加水银蒸气的量；减少水银蒸气的量，有利于环境保护，但降低了荧光灯工作的可靠性；减少水银蒸气的量，有利于环境保护，但增加了能量的耗费。 $ G, @3 L8 ?$ N7 o+ q* B* I- `
! T' ^- N& E( w) U5 H8 J系统存在的物理矛盾有：对水银蒸气的量同时具有多和少的要求。
7 X1 q/ U/ T& {& i3 L$ K# `) \" C' z* S" c
解决思路和关键步骤：
- O; a# i: F" v: U6 F q2 A' w$ z! \) S7 E' ?
本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析，解决问题。
( U# m! s7 i* e$ g8 Y- W* S
+ V8 n8 t; ]( b, D4 r使系统性能提高的技术特性是： 5 {( c) q; y, g* }6 _7 b
, J, r# c, r7 }; i& i+ `; x1.物质的量 ! C, M2 {: d- Q
' w1 ^* i0 j' G9 v! S) v2.作用于物体的坏的因素
! _& O% L- p: }3 G n% ?/ n- G, j4 n4 T& t5 R: |% p
使系统性能降低的技术特性是：
; S0 A" K' K6 ^: v' k# a* r) [3 M6 z5 f+ }- _8 O$ {8 Q) F
1. 可靠性 # a: i0 E" E/ |
! h- [9 K- z: |$ `% L
2. 能量的浪费 , I! t/ f* p( b5 k1 I! V# [- I
" e: ?) T9 o$ s8 @- y3. 静止物体使用的能量
2 h7 l: d' y# c, d3 {
5 F$ R: @: [, b这样，得到三组技术矛盾： $ ^0 X# A/ S) f% Y/ i" `
- |# e) h1 P4 ?2 H, m1. 减少水银蒸气的量（物质的量），但荧光灯工作的可靠性降低（可靠性）。
% _) E( i5 e$ a% d( E& a" @5 g, _2 b3 v& t2 a
2. 减少水银蒸气的量（物质的量），但需要耗费更多的电能（能量的浪费）。 . B$ p3 r* c) X7 c, v! N# i! l
0 f# V8 B5 m* _- z- l8 l3. 有利于环境保护（作用于物体的坏的因素），但荧光灯使用的能量增加了（静止物体使用的能量）。 / l# o7 S) e% Z" D
- p1 q! W2 P4 E$ I7 x& _- S/ S
对这三组技术矛盾分别运用技术矛盾解决矩阵的方法，得到3个创新原理提示以开拓思路：
3 S: f5 e3 R4 V/ ^& _' H. L3 M8 S; H& V1 {" K+ n; m% N* c Y. \
1. 减少水银蒸气的量（物质的量），但荧光灯工作的可靠性降低（可靠性）。
$ ~! Z, N& v- }9 D( N( X. ^0 ?
, Q5 B9 U6 d% Z( z$ m) ?由技术矛盾矩阵[物质的量/可靠性]得到28#创新原理提示：机械系统的替代 - K% K% m' f8 [0 j" s a0 G
9 q' o, ] M; s" H3 S+ |4 v3 P2 N2. 减少水银蒸气的量（物质的量），但需要耗费更多的电能（能量的浪费）。
% j0 Y+ d: A/ a6 W9 K/ [5 H. G
8 B" U. F2 l5 l, A3 G @$ Y由技术矛盾矩阵[物质的量/能量的浪费]得到7#创新原理提示：嵌套
5 I! ]- M8 D9 x/ a2 _4 E: ^: h2 n/ \6 n) R& O m2 }+ z
3. 有利于环境保护（作用于物体的坏的因素），但荧光灯使用的能量增加了（静止物体使用的能量）
0 S9 _# t9 j9 e7 p6 D) O/ |7 q5 k8 v% |- M1 }1 {( \
由技术矛盾矩阵[作用于物体的坏的因素/静止物体使用的能量]得到37#创新原理提示：热膨胀 " ?+ h; |& `( `& k$ u
; K* c) v; N6 W% ]8 j7 ]最终结果：在创新过程中应用了7#，28#和37#创新原理。
. ]0 y( u5 Q; r" `4 k. h0 _$ e, {5 g1 C7 _/ q
A 应用7#创新原理
2 ]- \: a( y# q4 c# @
/ m: w+ y2 [$ R {7 F o: U解决方案：在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。 8 v2 O6 b, B) J) \; I1 c
0 H0 z& c6 B X4 [$ `6 FB应用28#创新原理
# f. f Z7 q$ B; h F3 g# G# L t, U7 Z+ e8 L2 u5 f
解决方案：用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。
' S; O. [6 G! a2 N8 J
$ t# }, f8 u& z* Z% UC应用37#创新原理
7 ~8 j: m2 u: A" A
) i1 p0 f: f+ z解决方案：利用金属线和玻璃囊的热膨胀系数的不同释放水银蒸气。
2 ?; j5 T* S' B. d1 V& K4 B) ^! ` [$ [1 X* l' d
' ^9 ]5 L4 d$ ?; {& r" I) J
: l/ H' F$ l+ b' R3 T o' O
结论
) M6 k, ^5 u0 G2 R9 T4 D; a/ W) J5 P0 H' x
经过计算满足性能要求的最小剂量的水银蒸气被密封在玻璃囊中。在玻璃囊的内壁上嵌着金属线圈。该玻璃囊被内嵌在真空管的一端。荧光灯被制造出来后，通过一个高频的电磁场来加热玻璃囊。由于玻璃囊和金属线圈的热膨胀系数不一样，使得金属线圈能够切断玻璃囊，释放出水银蒸气。同一般的荧光管相比，用这种新的制造技术，至少可以减少75%的水银含量，减少了对环境的污染。
7 E8 h+ e4 D" W; y5 u% v5 n 1 B+ F; J3 J9 b9 m7 N1 o3 A) D
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发表于 2011-4-25 09:32:00
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